Wie schnell können sich Kunststoffe tatsächlich abbauen?
Im Rahmen eines neuen Forschungsprojekts werden neue Methoden untersucht, um zu quantifizieren, wie schnell sich verschiedene Kunststoffe nach ihrem Eintritt in die Umwelt biologisch abbauen.
Wenn Kunststoffe in die Natur gelangen, werden sie dann biologisch abgebaut, und wie lange könnte es dauern, bis sie abgebaut sind? Gibt es einen speziellen Prozess, damit dies geschieht, und welche anderen Dinge könnten zu diesem Prozess beitragen?
Wie werden Kunststoffe abgebaut?
Die zunehmende Verschmutzung unserer Umwelt durch Plastik zeigt, wie wichtig es ist, diese Fragen zu beantworten. "Unser Wissen ist lückenhaft, wir haben noch keine Antworten", sagt Stefan Mecking, Professor für chemische Materialwissenschaft an der Universität Konstanz.
In einem neuen Forschungsprojekt will Mecking herausfinden, ob Kunststoffe wie Polyethylen in verschiedenen Umgebungen biologisch abbaubar sind, wie lange der Abbau dauern könnte und ob es eine Möglichkeit gibt, die Materialien so zu gestalten, dass sie biologisch abbaubar sind. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert die Forschung im Rahmen des Reinhart-Koselleck-Projekts, einem Programm für wissenschaftliche Arbeiten, das mit bis zu 1,25 Millionen Euro dotiert ist.
Mecking will mit Polyethylen (PE) beginnen , dem meistproduzierten Kunststoff der Welt: "Polyethylen ist das, was man als nicht biologisch abbaubar bezeichnen würde. Polyethylen baut sich in der Umwelt sehr langsam ab, über abiotische und biologische Schritte, und es gibt kontroverse Diskussionen darüber, welche Rolle diese Schritte spielen und wie schnell sie überhaupt ablaufen", so Mecking. Sie wollen Daten sammeln, um diese Frage zu klären. "Unser Ziel ist es, eine zuverlässige Methode zur Quantifizierung des biologischen Abbaus dieser Kunststoffe zu entwickeln.
Da Kunststoffe in der Umwelt durch Umwandlung in Kohlendioxid abgebaut werden, könnte man theoretisch die Spur des Kohlendioxids verfolgen, um den biologischen Abbau von Kunststoffen in der Natur zu untersuchen. Ein Problem bei dieser Form der Untersuchung ist, dass Kohlendioxid auch von anderen Dingen in der Natur freigesetzt werden kann, z. B. vom Boden, so dass es schwierig ist, festzustellen, ob das Kohlendioxid vom biologischen Abbau der Kunststoffe oder von der Natur selbst stammt.
Mecking will nun das Kohlendioxid aus Kunststoffen anders machen, so dass es einen chemischen Fingerabdruck hätte. Das Team will eine Methode entwickeln, mit der Varianten von Polyethylen hergestellt werden, die durch stabile Isotope markiert sind. Die Varianten hätten dieselben Eigenschaften wie Polyethylen, könnten aber aufgrund der Markierung als Quelle von Kohlendioxid identifiziert werden. Die Quantifizierung der Menge des freigesetzten markierten Kohlendioxids wird dem Team Aufschluss darüber geben, wie lange es dauert, bis die Zersetzung stattfindet.
Viele Fragen zu beantworten
Eine der Hauptfragen, die die Studie beantworten soll, ist, welche Faktoren die biologische Abbaubarkeit von Kunststoffen beeinflussen können. Dazu gehört auch die Frage, wie Kunststoff gestaltet und hergestellt werden sollte, damit er nicht jahrzehntelang in der Umwelt verbleibt. Mecking und sein Team werden die molekulare Struktur der Kunststoffe betrachten, um die Antwort auf diese Fragen zu finden. Kunststoffe haben sehr lange, kettenartige Moleküle, und diese Struktur beeinflusst die biologische Abbaubarkeit des Kunststoffs ebenso wie die Größe seiner Partikel. Das Team wird sich auch auf die funktionellen Gruppen innerhalb der Ketten konzentrieren, wie z. B. die chemischen Bruchstellen.
"Ich bin optimistisch, dass wir die damit verbundenen Herausforderungen meistern können. Unter anderem, weil wir in unserem Labor alle Methoden etablieren, die für dieses Projekt notwendig sind. So können wir schnell reagieren und die nächsten Experimente planen", so Mecking abschließend.